Lorsque certains types d'algues s'accumulent à la surface de l'océan en grand nombre, ils donnent à de grandes étendues d'eau une couleur brun rougeâtre, attirer l'attention pour de bonnes et de mauvaises raisons.

Au large des côtes de la Californie du Sud, ces événements, connu sous le nom de "marées rouges, " peut produire des spectacles de lumière nocturnes impressionnants en illuminant les vagues déferlantes et en créant des traînées bleues étranges derrière les poissons de surf. Cependant, dans d'autres régions comme au large de la Floride et dans les Grands Lacs, ces proliférations peuvent être toxiques, provoquant la mort des poissons, empoisonnement aux coquillages, et déclencher des problèmes respiratoires chez les humains et les mammifères marins.

Pour plus d'un siècle, les scientifiques ont essayé de comprendre ce qui provoque la formation de marées rouges dans les zones côtières apparemment de nulle part. En utilisant une nouvelle technique développée par la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego, le scientifique George Sugihara et ses collègues, ce mystère est enfin en train d'être dénoué.

Une équipe de recherche Scripps dirigée par des étudiants a analysé les données sur le pigment principal des algues, la chlorophylle, ainsi que les concentrations de nutriments et divers aspects physiques de l'océan collectés au large de Scripps Pier dans le cadre d'un programme d'observation continue, dirigé par le professeur émérite Scripps John McGowan, qui fait partie du programme Scripps Shore Stations.

Lorsque les données écologiques ont été introduites dans les modèles sans équation de Sugihara, connu sous le nom de modélisation dynamique empirique (EDM), les chercheurs ont pu identifier des modèles dans le caractère aléatoire apparent qui peuvent être utilisés pour prédire les marées rouges au large de la Californie du Sud.

La nouvelle étude, à paraître dans la revue Écologie et disponible en ligne, constaté que les marées rouges ne sont pas purement aléatoires. Il offre des opportunités de prédire ces proliférations d'algues nuisibles qui ne pourraient pas être prévues à l'aide des méthodes de modélisation écologique traditionnelles.

"Les marées rouges étaient un mystère pendant tant d'années parce que nous regardions l'écosystème comme s'il était en équilibre et immuable et pouvait donc être étudié un morceau à la fois, " dit Sugihara, le McQuown Chair Distinguished Professor of Natural Science et un auteur principal de l'étude. "C'était un mystère uniquement parce que nous le regardions de la mauvaise façon. Chercher des choses qui simplement "corrélées" avec les marées rouges échouera."

La méthode EDM est basée sur l'idée que l'écosystème est en constante évolution et doit être étudié dans son ensemble plutôt que séparément. L'analyse globale des écosystèmes a permis à Sugihara et à son équipe d'utiliser les archives de 30 ans de données de terrain pour identifier les mécanismes à l'origine des marées rouges.

« Même avec de vastes améliorations des « prévisions écosystémiques » au cours des dernières décennies, cela reste un défi majeur pour les scientifiques, " a déclaré Alain Tessier, directeur adjoint de la division de biologie environnementale de la National Science Foundation (NSF). "Cette recherche montre que le défi est surmonté en utilisant des techniques innovantes qui nous offrent des informations telles que la façon de prédire les marées rouges. C'est important pour savoir quand fermer les zones de pêche et de baignade, et pour la santé des résidents qui vivent le long des eaux touchées. »

"L'approche nous a permis de trouver des facteurs qui se combinent comme une tempête parfaite pour produire une marée rouge, ", a déclaré Sugihara. "Ces facteurs incluent une colonne d'eau stable et de faibles niveaux de nutriments dans les eaux de surface."

Avec d'autres améliorations du modèle pour incorporer des observations en temps réel, Sugihara et son équipe pensent que ces proliférations d'algues pourraient être prédites dans le cadre d'un système d'alerte précoce pour les futurs événements de marée rouge.

En plus des préoccupations de santé publique, ces proliférations d'algues causent des problèmes de fonctionnement dans les centrales électriques et les usines de dessalement, et créer des zones appauvries en oxygène dans l'océan. La prédiction avancée des marées rouges peut aider à apporter des réponses plus proactives aux répercussions sur la santé humaine et animale, guider les arrêts temporaires des usines de dessalement, et aide à la planification d'exercices d'entraînement militaire dans les eaux côtières.

"Cette recherche n'aurait pas été possible sans des observations de séries chronologiques du phytoplancton pour valider les efforts de modélisation, " a déclaré David Garrison, directeur du programme d'océanographie biologique de la NSF. "Les résultats sont importants pour résoudre les problèmes de société tels que les proliférations d'algues nuisibles dans les eaux côtières."